Как клетки развивающегося уха «тренируются» слышать

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса выяснили молекулярную цепочку событий, которая позволяет клеткам внутреннего уха новорождённых грызунов самостоятельно генерировать «звуки», по сути «тренируясь» обрабатывать звуки до начала настоящего слуха. Работа опубликована 3 декабря в журнале Cell.

Многоступенчатый процесс «тренировки»

До того, как жидкость среднего уха рассасывается и звуковые волны впервые проникают внутрь, волосковые клетки внутреннего уха демонстрируют синхронные всплески активности. Они запускаются высвобождением АТФ, который действует как сигнальная молекула. Эта активность передаётся в мозг так же, как и вызванная звуком, но механизм активации волосковых клеток АТФ был неизвестен.

Учёные обнаружили ключевую роль хлоридных ионных каналов в окружающих волосковые клетки опорных клетках:

1. Опорные клетки высвобождают АТФ, который стимулирует их собственные АТФ-рецепторы.
2. Это вызывает повышение уровня кальция (Ca²⁺) внутри опорных клеток.
3. Кальций открывает хлоридные каналы TMEM16A.
4. Выход ионов хлора (Cl^-) тянет за собой ионы калия (K⁺) и воду.
5. Высвобождаемый калий активирует соседние волосковые клетки, которые стимулируют связанные с ними нервные клетки.

«Этот многоступенчатый процесс напоминает изобретение Руба Голдберга», — говорит профессор нейробиологии Дуайт Берглз.

Значение для развития слуха

Этот процесс происходит у мышей и крыс в первые две недели после рождения, когда среднее ухо ещё заполнено жидкостью, а внешние звуки не могут достичь внутреннего уха.

Активация укрепляет связи между волосковыми клетками и нервными клетками. Волосковые клетки расположены в ряд и реагируют на разные частоты в зависимости от своего положения («как клавиши пианино»). Каждый раз, когда активируется клетка, её связь с партнёрской нервной клеткой усиливается. Это помогает мозгу правильно интерпретировать звуки разной высоты.

«Мы считаем, что это помогает установить и усовершенствовать связи между ухом и мозгом, чтобы животные могли правильно слышать звуки, как только подвергаются их воздействию», — отмечает Берглз.

Последствия и аналогии

Исследователи полагают, что мозг может воспринимать эти самогенерируемые сигналы как одиночные тоны, звучащие последовательно — что-то вроде проверки системы экстренного оповещения. Берглз сравнивает эти «звуки» с машиной для подачи мячей в бейсболе: они не обладают всем богатством и непредсказуемостью настоящего питчера, но помогают игрокам подготовиться к важному событию.

Хотя этот процесс самостимуляции исчезает после начала слуха, его реактивация после травмы может привести к тиннитусу («звону» в ушах). Дальнейшее изучение этого раннего сигнального пути может привести к новым стратегиям улучшения интеграции и работы кохлеарных имплантатов и ускорения восстановления после акустической травмы.